发明内容
这正是为什么本发明的目的是通过使用简单、快速且易于实施的装置和方法，来控制悬挂载荷在迁移过程中的摆动。它使得获取为了监测和控制载荷摇摆的测量值或信息的需求最小化。
为了这个目的，本发明描述了一种调节载荷移动的装置，该载荷由来自起重设备中可沿着第一水平轴线运动的缆车的缆绳悬挂，该装置包括确定悬挂载荷的缆绳的长度的装置以及确定表示缆车沿着该第一轴线的移动速度的信息的装置，该调节装置仅使用所述长度和表示沿着第一轴线的移动速度的所述信息作为仅有的输入变量，并且通过使用第一摆角的加速度作为内变量，来计算载荷的所述第一摆角以及所述第一摆角的速度。
根据一个特点，该调节装置通过迭代过程，使用该速度和所述第一摆角的该加速度来计算第一摆角。
根据一个特点，该表示缆车沿着该第一轴线的移动速度的信息通过使用施加给变速传动装置的速度参考(speed reference)确定，该变速传动装置控制缆车沿着第一轴线移动。可替换的，该表示缆车沿着该第一轴线的移动速度的信息通过使用变速传动装置产生的速度估计确定，该变速传动装置控制缆车沿着第一轴线移动。
根据另一个特点，该调节装置传送加到速度设定值上的校正信号，从而提供缆车沿着该第一轴线的移动速度参考。该校正信号通过向计算得到的第一摆角施加校正系数和向计算得到的第一摆角的速度施加校正系数而计算得出。
根据又一个特点，缆车还能够沿着正交于第一轴线的第二水平轴线运动。该调节装置包括确定表示缆车沿着该第二轴线的移动速度的信息的装置，并且通过仅使用所述长度和表示沿着第二轴线的移动速度的所述信息作为仅有的输入变量，并且通过使用第二摆角的加速度作为内变量，来计算载荷的所述第二摆角以及所述第二摆角的速度。
根据另一个特点，缆车还能够沿着正交于第一轴线的第二水平轴线运动，并且包括确定缆车沿着该第二轴线的移动速度的装置。该调节装置通过仅使用缆绳的长度和沿着第二轴线的移动速度作为仅有的输入变量，计算载荷的第二摆角以及所述第二摆角的速度。
本发明还描述了一种调节载荷移动的方法，该载荷由来自起重设备中可沿着至少一个水平轴线运动的缆车的缆绳悬挂。该调节方法由该调节装置实施，并且包括计算步骤，该计算步骤通过仅使用悬挂载荷的缆绳的长度和表示吊车的移动速度的信息作为仅有的输入变量，并且通过使用摆角的加速度作为输入变量，来确定载荷的所述摆角和该摆角的速度。
根据另一个特点，该调节方法通过迭代过程，使用所述摆角的速度和所述摆角的加速度来计算该摆角。该调节方法不包括任何先前的模型化步骤。该计算步骤使用阻尼摆数学模型(model)。
具体实施方式
根据本发明的调节悬挂载荷移动的装置能够在起重设备，诸如桥式吊车、桥式起重机或类似的起重设备中使用。图1的示例表示了包括缆车10的桥式吊车类型的设备。缆车10能够沿着水平的第一轴线X做第一运动。该第一运动，称为短行进运动，在两个水平导轨12上执行。由缆车10和导轨12组成的组件能够在导轨13上沿着正交于短行进轴线X的水平的第二轴线Y运动，从而执行称为长行进运动的运动。此外，该设备能够沿着垂直轴线Z执行提升运动，提升和放下由一根以上的起重索悬挂的载荷15，起重索穿过缆车10并且其端部具有连接载荷15的悬挂件。
由接收速度参考Vrx(参见图2)的变速传动装置Dx驱动的电机Mx执行沿着轴线X的短行进运动。类似地，由接收速度参考Vry(参见图3)的变速传动装置Dy驱动的电机My执行沿着轴线Y的长行进运动。由图中未示出的卷绕和展开悬索的起重电机执行沿着轴线Z的提升运动。该起重电机可以安置在缆车10上。
短行进运动X，或者长行进运动Y，由起重设备的驾驶者控制，该驾驶者分别使用例如图2和3所示的操纵杆类型的组合器，提供短行进速度设定值信号Vcx或者长行进速度设定值信号Vcy。然而，在自动驱动的起重设备的一些应用中，还可以想到，速度设定值Vcx和Vcy由自动控制装置直接产生。
由于提升运动，明显地，缆绳14悬挂的载荷15具有取决于悬索的长度L的高度。载荷悬挂的高度近似于缆绳的长度L，可能要在该长度上加上表示缆绳14的底端和载荷15(具体地，例如其重心)之间的距离的偏移量。
由于主要缘于缆车20在轴线X和/或轴线Y上的加速和制动的干扰作用，载荷15表现为由Θx或Θy表示的摆角限定的称为摇摆的摆动运动，摆角分别由缆绳相对于通过轴线X或轴线Y的垂直面内的垂直线形成。本发明的目的在于，在载荷15移动过程中，通过简单且自动地抑制在轴线X和/或轴线Y上的摇摆来帮助控制起重设备，其方式对于该设备的驾驶者来说是明晰易懂的。有利的是，本发明无需学习阶段，并且无需对于摆角Θx和/或Θy进行的任何测量，经证明，电机电流或者电机转矩的测量会导致成本高并且执行时间更长。
参考图2的实施方式，该调节装置20的目的在于，抑制仅仅在载荷15沿着轴线X从一个位置到另一位置的移动中的摆动运动，很明显地，这种移动可能与载荷15的提升运动同时发生。
该调节装置包含确定悬索长度L的装置。这些确定装置，例如包括与起重电机的轴或者缆绳卷筒连接的传感器或者编码器。还可以考虑其它装置：例如，确定长度L的装置还简单地包括一些分布在缆绳整个行程上的限位开关，长度L由根据这些限位开关行程的不同高度的值确定。然而，很显然，这一解决方案不够精确。
该调节装置还包括确定表示缆车10沿着短行进轴线X的移动速度Vx的信息的装置。该表示吊车沿着轴线X的移动速度Vx的信息能够以不同的方式确定：
-根据第一变型，通过测量缆车10沿着轴线X的实际移动速度获得移动速度Vx。然而，这一解决方案需要使用感测吊车沿着轴线X的速度或位移的传感器；
-根据第二变型，通过作为输入施加给变速传动装置Dx的速度参考Vrx直接获得移动速度Vx，该变速传动装置驱动在短行进轴线X上推进缆车10的电机Mx。在这种情况下，可以认为变速传动装置Dx确保速度参考被极速跟随(is followed with extreme rapidity)。由于速度参考Vrx可迅速获得，这一解决方案实施起来非常简单。
-根据第三变型，通过驱动电机Mx的变速传动装置Dx中产生的速度估计获得移动速度Vx。在有些情况下，由于诸如斜坡跟踪偏差的现象或者机械现象，该速度估计比速度参考Vrx实际上更接近于实际速度。因此，很显然，该解决方案有利于使用锥形电机的应用情形。速度估计调节器内在的参数通常根据变速传动装置的模拟输出而变化。
该调节装置20包括与校正模块22连接的估计模块21。该估计模块21接收作为输入的缆绳长度L和吊车沿着短行进轴线X的移动速度Vx。它对轴线X上的第一摆角Θx和该第一摆角Θx的速度(或变化)Θx′进行计算。第一摆角Θx和速度Θx′的值随后传输至校正模块22，该校正模块计算并输送校正信号ΔVx作为输出，该校正信号加到短行进运动的速度设定值Vcx上。
为了计算摆角Θx和速度Θx′，本发明提供阻尼摆数学模型的调节方法，其满足以下公式：
L*Θ″x＝-g*sinΘx-V′x*cosΘx+(Vz-Kf)*Θ′x
其中：
-L表示缆绳的长度，
-Vz表示提升运动的速度，计算为长度L的导数，
-Θx表示载荷在短行进轴线X上的Θ第一摆角，
-Θ′x表示摆角Θx的速度(或者载荷沿着轴线X的角速度)，
-Θ″x表示摆角Θx的加速度(或者载荷在轴线X上的角加速度)，
-V′x表示沿着轴线X的短行进运动的加速度，计算为所确定的沿着轴线X的移动速度Vx的导数，
-Kf表示固定摩擦系数，
-g表示重力加速度。
因此，可以看出，该调节装置使用摆角Θx的加速度Θ″x作为内变量，并且有利地，缆绳长度L和沿着轴线X的移动速度Vx是仅有的输入变量。
上面的公式包括第一摆角、第一摆角Θx的一阶导数Θ′x和该角Θx的二阶导数Θ″x。因此，利用时间迭代过程并使用速度Θ′x和加速度Θ″x计算第一摆角Θx。能够如下表示任意瞬时t的该迭代过程：
Θ′xt＝Θ′xt-1+Θ″xt-1*Δt
Θxt＝Θxt-1+Θ′xt-1*Δt
V′xt＝(Vxt-Vxt-1)/Δt
Vzt＝(Lt-Lt-1)/Δt
Θ″xt＝(-g*sinΘxt-V′xt*cosΘxt+(Vz-Kf)*Θ′xt)/Lt
其中，Θxt和Θxt-1分别表示在瞬时t和前一瞬时t-1的短行进轴线X上的摆角，Θ′xt和Θ′xt-1分别表示在瞬时t和t-1的摆角Θx的速度，Θ″xt和Θ″xt-1分别表示在瞬时t和t-1的摆角Θx的加速度，V′xt表示在瞬时t的短行进运动的加速度，Vxt和Vxt-1分别表示在瞬时t和t-1的沿着轴线X的移动速度，Vzt表示在瞬时t的提升运动的速度，Lt和Lt-1分别表示在瞬时t和t-1的缆绳长度，Δt表示在瞬时t和瞬时t-1之间的时间差。
该迭代过程从短行进运动开始时，假设Θx、Θ′x和Θ″x的值为零开始，也就是说，在瞬时t＝0时，满足Θx0＝Θ′x0＝Θ″x0＝0。
参考图3的实施方式，该调节装置20的目的在于，抑制载荷15在沿着短行进轴线X和长行进轴线Y移动时的摆动运动，很显然，沿着轴线X和Y的移动能够由驾驶者同时控制并且能够与载荷提升运动同时执行。
在这种情况下，调节装置20的估计模块21接收作为输入的缆绳长度L，吊车在短行进轴线X的速度Vx和吊车在长行进轴线Y的速度VY由确定装置确定。优先地，吊车的速度Vx和VY通过速度参考Vrx和Vry直接获得，这些速度参考分别作为输入提供给变速传动装置Dx或Dy。然而，它们也可以通过缆车10沿着轴线X的实际短行进速度和缆车10沿着轴线Y的实际长行进速度的估计值或测量值获得。
除了Θx和Θ′x，估计模块21还计算轴线Y上的第二摆角Θy和该摆角Θy的速度Θ′y。第二摆角Θy和速度Θ′y的值传输至校正模块22，该校正模块计算并传送校正信号ΔVy作为输出，该校正信号加到长行进运动的速度设定值Vcy上。
因此，该调节方法使用轴线X和Y的两个类似的并且独立的阻尼摆模型：
L*Θ″x＝-g*sinΘx-V′x*cosΘx+(Vz-Kf)*Θ′x
L*Θ″y＝-g*sinΘy-V′y*cosΘy+(Vz-Kf)*Θ′y
其中：
-L表示缆绳的长度，Vz表示计算为长度L的导数的提升运动的速度，
-Θx表示在短行进轴线X上的第一摆角，Θ′x表示摆角Θx的速度，Θ″x表示摆角Θx的加速度，
-Θy表示在短行进轴线Y上的第二摆角，Θ′y表示摆角Θy的速度，Θ″y表示摆角Θy的加速度，
-V′x表示沿着轴线X的短行进运动的加速度，计算为所确定的沿着轴线X的移动速度Vx的导数，
-V′y表示沿着轴线Y的短行进运动的加速度，计算为所确定的沿着轴线Y的移动速度VY的导数，
-Kfx和Kfy表示固定但是彼此不同的摩擦系数，
-g表示重力加速度。
假设在短行进运动或长行进运动开始时，Θx、Θ′x和Θ″x的值，或者Θy、Θ′y和Θ″y的值分别为零。如前面说明的只有运动Θx的情况，上面的公式包括摆角的一阶导数和二阶导数，因此使用该时间迭代过程，也就是说在每个瞬时t定时重新计算这些结果，特别是使用在前一定时t-1获得的结果。
这样，本发明使得估计模块21能够实时地识别在一个轴线X和/或另一个轴线Y上的摆角及该角的速度的估计值。这些估计被传输至校正模块22，该校正模块根据以下的公式，分别将校正系数KΘ或K′Θ施加给这些估计，从而提供校正信号ΔVx和/或ΔVy：
ΔVx＝KΘx*Θx+K′Θx*Θ′x以及ΔVy＝KΘy*Θy+K′Θy*Θ′y
其中：KΘx和KΘy为分别施加给轴线X和Y的摆角Θx和Θy的校正系数，K′Θx和K′Θy为分别施加给轴线X和Y的摆角速度Θ′x和Θ′y的校正系数，ΔVx和ΔVy为分别施加给沿着轴线X和Y的速度设定值Vcx和Vcy的校正信号。
因此，施加给驱动短行进模型Mx的变速传动装置Dx作为输入的速度参考Vrx等于：Vrx＝Vcx+ΔVx。类似地，施加给驱动长行进电机My的变速传动装置Dy作为输入的速度参考Vry等于：Vry＝Vcy+ΔVy。
根据第一简化模式，校正系数KΘ和K′Θ的值是固定的。根据优选的第二实施方式，校正系数KΘ和K′Θ的值可以根据由装置20确定的缆绳长度L变更，以便根据由载荷15形成的摆锤的高度进行的速度校正最优化。因此，校正模块22能够根据长度L记录下一些值KΘ和K′Θ。
假设其简单化，所描述的调节装置可以简单地结合在驱动并且检测起重设备的运动的可编程逻辑控制器内。它还可以直接在驱动吊车沿着轴线X和Y的运动的变速传动装置Dx和Dy内实施。
所描述的该装置能够用于实施调节载荷15沿着一个以上轴线X、Y的移动的方法。该调节方法包括由估计模块21执行的计算步骤，用以确定在轴线X、Y上的摆角Θx、Θy以及该摆角的速度Θ′x、Θ′y。该计算步骤直接使用阻尼摆模型并且仅需要悬挂载荷15的缆绳14的长度L和吊车沿着轴线X、Y的移动速度Vx、Vy，作为输入变量。
有利的是，因此该方法不包括任何先前的模型化步骤，为了确定或提炼特定的数学模型或者为了在吊车的速度和由给定缆绳长度的传感器测量的摆角之间建立传输功能，该步骤需要知道其它变量参数，诸如摆角的测量值或者电机中流过的电流值。
该调节方法还包括校正步骤，由调节装置20的校正模块22执行。该校正步骤使用摆角Θx和摆角速度Θ′x的计算值，从而向任意的速度设定值Vcx施加作为补充引入的速度校正信号ΔVx，当作施加给驱动缆车10的短行进电机Mx的变速传动装置Dx、作为输入的速度参考Vrx。类似地，该校正步骤使用摆角Θy和摆角速度Θ′y的计算值，从而向任意的速度设定值Vcy施加作为补充引入的速度校正信号ΔVy，当作施加给驱动缆车10的长行进电机My的变速传动装置Dy、作为输入的速度参考Vry。